CN102397601A

CN102397601A - 基于无线传感器网络的静脉输液监测系统

Info

Publication number: CN102397601A
Application number: CN2010102815210A
Authority: CN
Inventors: 张扬
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-04-04

Abstract

一种基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，包括：PC机，滴液检测系统，装置于“莫菲氏管”处，其包含滴液信号检测模块、控制模块和射频通信模块；信息汇集系统，电性连接至PC机；其中，“莫菲氏管”每次滴液，滴液检测系统向控制模块发送一个中断，控制模块收集中断信号，当其到达预先设定的阀值时，射频通信模块通过无线传感系统网络向信息汇集系统发送数据包，信息汇集系统通过USB接口传至PC机，USB转串行通讯驱动将数据包写入串行通讯端口，所述PC机程序部分获取数据包，并修改PC机内部对应数据，该系统检测效率较高，精度可靠，便于重复使用，技术成本较低，便于和现有的医疗信息系统相集成。

Description

基于无线传感器网络的静脉输液监测系统

技术领域

本发明涉及医疗检测系统领域，具体来讲是一种基于无线传感器网络的静脉输液监测系统。

背景技术

静脉输液是临床医学中的一个重要治疗手段，在不同的治疗方案中，静脉输液的进度和滴液速度都需要严格的监控，否则会发生输液速度过快或者滴液滴尽发生回血等情况，更有甚者将导致严重的医疗事故。目前最普遍的方法就是人工监护，患者、家属或医护人员用眼睛观测输液情况，人工检测的方法无疑增加了监护人的负担，容易因疲劳、疏忽等情况出错，而且检测的效率也比较低。此外，一些专有的医疗设备可以解决部分问题，比如输液泵可以严格控制输液速度，并在输液结束时自动切断输液管，防止回流的情况发生。但是这类专有的医疗设备通常存在几点问题：设备采用激光或超声波等高端技术，成本比较高，一些中、小型医院并不具备，不利于大规模的应用；设备直接接触输液，每次使用后需要专门清洗才能重复使用，而相对于一次性的输液器材，设备使用比较繁琐；不具备网络通信功能，不方便和现有的医疗信息系统集成。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，检测效率较高，精度可靠，便于重复使用，技术成本较低，便于和现有的医疗信息系统相集成。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，包括：PC机，包含程序部分、串行通讯端口、USB接口以及USB转串行通讯驱动；滴液检测系统，装置于“莫菲氏管”处，具有一传感系统，其包含滴液信号检测模块、控制模块和射频通信模块；信息汇集系统，电性连接至PC机，负责收集所有滴液检测系统的进度和速度信号；其中，“莫菲氏管”每次滴液，滴液检测系统向控制模块发送一个中断，控制模块收集中断信号，当其到达预先设定的阀值时，射频通信模块通过无线传感系统网络向信息汇集系统发送数据包，信息汇集系统通过USB接口传至PC机，USB转串行通讯驱动将数据包写入串行通讯端口，所述PC机程序部分获取数据包，并修改PC机内部对应数据。

在上述技术方案的基础上，所述PC机还包含信息存储数据库，内部记录所有药液不同速度下的滴液大小，并连接一显示器提供监控界面。

在上述技术方案的基础上，所述PC机程序部分通过模拟计数器和计时器计算滴液速度，若超出预设速度范围，则以声光信号报警，同时发送告警数据报文至PC机。

在上述技术方案的基础上，所述滴液信号检测模块包含槽式光耦红外收发对管及其整形电路。

在上述技术方案的基础上，所述控制模块主要为ATMEGE128单片机芯片，射频通信模块主要为CC2420芯片。

本发明的有益效果在于：基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，利用传感器和网络系统结合检测，检测效率较高，精度可靠不容易出错；非接触式检测便于重复使用；相对于激光、超声波等，技术成本较低，易于大规模应用；便于和现有的医疗信息系统相集成。

附图说明

图1为本发明系统部署拓扑图；

图2为传感系统原理结构图；

图3为滴液信号检测模块电路原理图；

图4为射频通信模块外部电路原理图。

附图标记：莫菲氏管1，滴液检测系统2，传感系统20，滴液信号检测模块21，射频通信模块22，控制模块23，光感应器24，集成接口25，USB接口26，整压回路27，信息汇集系统3，无线传感系统网络4，USB接口5，PC机6，显示器7。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明基于无线传感器网络的静脉输液监测系统包括滴液检测系统2、信息汇集系统3和PC机6，滴液检测系统2装在一次性输液管的“莫菲氏管1”处，负责液滴信号检测、整形、数据传输和声光报警等功能；滴液检测系统2与信息汇集系统3之间通过无线传感系统网络4相互通信，信息汇集系统3通过USB接口5连接至PC机6，负责收集所有滴液检测系统2传输的进度和速度信号。所述PC机6包含程序部分、串行通讯端口(COM口)、USB接口5、以及USB接口5转COM口驱动，USB转COM的驱动将USB接口传入的数据写入COM口，并通信传输到程序部分，PC机6还设有显示器7，能够通过程序部分的指示，显示与其进行通信连接的多个滴液检测系统2所检测的数据情况，对多个输液情况进行实时检测。

如图2所示，所述滴液检测系统2具有一传感系统20，其主要包括滴液信号检测模块21、射频通信模块22和控制模块23。所述滴液信号检测模块21以槽式光耦红外收发对管U2及其整形电路为主(参照图3)，因此成本比超声波传感器、激光传感器等有所降低，本实施例中使用1.5cm口径槽式光耦红外收发对管，正好能卡主一次性输液管的1.5*5cm莫菲氏管1，使用方便。滴液信号检测模块21通过与其相连的光感应器24感应莫菲氏管1每次滴下的滴液，当有滴液滴落，则产生一个中断给控制模块23，控制模块23对中心做缓冲处理，当收集到达预先设定的阀值时，射频通信模块22将数据包通过无线传感系统网络4发送到PC机6。所述滴液检测系统2还具有集成接口25、USB接口26和整压回路27。所述控制模块23主要为ATMEGE128单片机芯片，射频通信模块主要为CC2420芯片(参照图4)。

如图3所示，当有滴液穿过槽式光耦红外收发对管U2时，槽式光耦红外收发对管U2的接收端产生一个脉冲信号，经过双电压比较器U1的比较放大，再利用波形整形电路U3，的单稳态功能调整波形，将每一个脉冲信号的占空比调齐，然后将该脉冲信号输出到控制模块23，本实施例中，双电源比较器U1采用LM393，波形整形电路U3为NE555芯片，并且输出到ATMEGE128单片机的中断引脚INT4。同时，在输出信号口接一个LED灯，便于观察槽式光耦红外收发对管U2是否正常工作。

如图4所示，为射频通信模块22外部电路原理图，射频通信模块22以CC2420射频芯片U4为核心，性能稳定且功耗极低，符合IEEE802.15.4标准，且选择性和敏感性指数超过了IEEE802.15.4标准要求，可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片可实现250kbps的有效带宽，保障了网络的可扩展性，只需极少外部元器件即可实现射频通信功能。

所述信息汇集系统3与滴液检测系统2原理结构基本相同，二者的区别在于信息汇集系统3不具有传感器件和相应的整形电路，二者的通信模块是相同的。控制模块采用ATMEGA128L芯片，具有高性能、低功耗的优良特性，工作电压为2.7-5.5V，可使用各种电池或外接电源灵活供电，同时可提供多种睡眠模式以降低功耗，提高生命周期。

本发明所述滴液检测系统2和信息汇集系统3的芯片运行在TinyOS中设计实现的传感器节点软件。为了简化复杂度，降低功耗，节约通信带宽，传感器节点软件只负责完成实现精确、可靠检测液滴信号所需的最基本功能。

由于给定输液管型号，在温湿度变化不大的条件下，影响液滴大小的主要因素是液体性质和和滴速。通过对不同性质的药液、不同滴速条件下每毫升所含的液滴数的实验数据分析总结，可以得到一个经验值公式，D＝f(C，V)，D表示每分钟的滴数，C表示药液种类，B表示当前滴速，该公式表明，每分钟药液滴数与药液种类和当前滴速有关，基于该公式，滴液检测系统2通过变量模拟计数器和计时器。液滴速度根据最近n个液滴间隔时间计算(n一般取值为5)，若液滴速度超出初始化时设定的速度范围，则立刻导致紧急报警声光信号并发送告警数据报文。液滴计数值和速度值定期以同步报文形式发送到PC机6的程序部分。发送的频率随输液进度变化：初始阶段发送频率较低，输液结束阶段频率高，程序部分根据剩余药液量的不同自行判断，每个液滴都导致一个液滴同步报文，这样即保证了精度又能够节约带宽和功耗。为避免因上位机宕机、无线信号干扰、下位机硬件故障导致的可靠性问题，在滴液检测系统2、信息汇集系统3和PC机6之间采用相互传输心跳报文的方式保障各部分处于正常工作状态。若任何一方不能在预期的时刻收到对方的心跳报文，都将立即以声光信号报警。

PC机6的程序部分负责提供人机操作界面、输液进度和速度自动检测及可视化告警功能，并提供与其它信息管理系统的接口。同时具有信息存储数据库，记录所有药液在不同液滴速度下的液滴大小，作为调节参数，估算输液进度和速度。在新增输液操作中设定输液的病患信息、药液种类、药量、速度范围等信息，这些信息也可通过患者标识从现有的医疗信息管理系统中导入。根据检测到的输液进度、速度和异常情况，通过显示器7提供可视化的输液监控界面。

本发明的实施过程为：莫菲氏管1每次有滴液落下，槽式光耦红外收发对管U2及其整型电路U3为主的滴液信号检测模块21则负责向基于ATMEGE128L单片机芯片的控制模块23发送一个中断，基于控制模块23收集信号，到达当预先设定的阀值个(前期阀值较大，后期阀值较小)脉冲信号时，调用基于CC2420芯片的射频通信模块22通过无线传感系统网络4络发送数据包，连在PC机上的信息汇集系统3接收无线传感器网络4发来的数据包，并通过USB口传给PC机，PC端USB转COM驱动将发来的数据包写入COM口，PC机程序系统读取COM口，从而获取包含滴液信息的数据包，并修改对应的数据，上层界面1秒钟根据相应的数据刷新一次从而显示剩余药量。

Claims

1.一种基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，其特征在于，包括：

PC机，包含程序部分、串行通讯端口、USB接口以及USB转串行通讯驱动；

滴液检测系统，装置于“莫菲氏管”处，具有一传感系统，其包含滴液信号检测模块、控制模块和射频通信模块；

信息汇集系统，电性连接至PC机，负责收集所有滴液检测系统的进度和速度信号；

其中，“莫菲氏管”每次滴液，滴液检测系统向控制模块发送一个中断，控制模块收集中断信号，当其到达预先设定的阀值时，射频通信模块通过无线传感系统网络向信息汇集系统发送数据包，信息汇集系统通过USB接口传至PC机，USB转串行通讯驱动将数据包写入串行通讯端口，所述PC机程序部分获取数据包，并修改PC机内部对应数据。

2.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，其特征在于：所述PC机还包含信息存储数据库，内部记录所有药液不同速度下的滴液大小，并连接一显示器提供监控界面。

3.如权利要求2所述的基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，其特征在于：所述PC机程序部分通过模拟计数器和计时器计算滴液速度，若超出预设速度范围，则以声光信号报警，同时发送告警数据报文至PC机。

4.如权利要求1所述的基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，其特征在于：所述滴液信号检测模块包含槽式光耦红外收发对管及其整形电路。

5.如权利要求1或4所述的基于无线传感器网络的静脉输液监测系统，其特征在于：所述控制模块主要为ATMEGE128单片机芯片，射频通信模块主要为CC2420芯片。